На главную страницу

А мне опять приснился
К крокодил зелёный
Зелёный презелёный,
Как моя тоска

ВИА "Голубые гитары" 

 

 

 

Сейчас все мировые темы заслонил хайп с коронавирусом. Работа остановлена. Я работаю "в дежурном режиме", то есть на работе, но работы совсем мало. От силы часа два-три за рабочий день. Вот я и решил вспомнить про другой недавний хайп, разогнанный "зелёными идиотами" и подхваченный такой же идиотской прессой.

Началось всё с того, что в Россию из Европы привезли партию так называемых "урановых хвостов". Так как слово "уран" повергает наших домохозяек в шок и трепет, то тему радостно подхватили все нынешние жертвы ЕГЭ.

Попробую очень кратко на пальцах изложить ситуацию.

Итак, в природе существует всего один химический элемент, который может делиться, поддерживая цепную ядерную реакцию деления с выделением энергии. Этот элемент называется уран. Он занимает 92-ю клетку в таблице Менделеева. Ядро атома урана состоит, соответственно, из 92 протонов и 146 нейтронов.

На самом деле у урана, как и у большинства других химических элементов, существует несколько изотопов. То есть протонов в них всех по 92, а количество нейтронов отличается. Так вот 146 нейтронов у самого распространённого изотопа - урана-238.

Уран не имеет стабильных изотопов. Наиболее распространённый уран-238 имеет период полураспада около 4,5 миллиарда лет.

К сожалению, уран-238 непригоден для использования в атомных реакторах. При поглощении нейтрона он не распадается с испусканием новых нейтронов.

Нас интересует изотоп уран-235. Именно он используется в ядерных реакторах. Ядро его состоит из 92 протонов и 143 нейтрона. Его период полураспада 0,7 миллиарда лет.

Из указанных мной периодов полураспада видно, что оба изотопа с точки зрения радиации, практически безопасны. Даже если спать в обнимку с куском урана, то лучевую болезнь заработать не получится.

Изотоп уран-235 обладает одним замечательным свойством. Он не только распадается самостоятельно, но и распадается при поглощении "теплового" нейтрона. И не просто распадается на атомы бария и криптона, но ещё и при распаде испускает два "быстрых" нейтрона.

Но есть одна "маленькая" проблемка. Мало того, что уран - далеко не самый распространённый химический элемент на земле, так он ещё и состоит на 99,3% из урана-238 и только на 0,7% из урана-235.

Для того чтобы количества нейтронов было достаточно для самоподдерживающейся реакции распада, концентрация урана-235 должна быть хотя бы 2,5-3%.

И вот тут начинается самое интересное и самое сложное - разделение изотопов.

Понятно, что никакими химическими средствами изотопы разделить нельзя, ибо химические свойства у них абсолютно одинаковые. Значит надо выдумывать какие-то другие способы.

Чем отличаются изотопы? Только атомной (ядерной, ибо массой электронов можно пренебречь) массой. При чём, отличаются всего на 1%.

Соответственно и придумано всего два работающих способа разделения изотопов - диффузия и центрифугирование.

И тот и другой способы невероятно затратные. Главные затраты - потребление электроэнергии. Хотя центрифугирование примерно в 10 раз менее энергоёмкое.

Исторически сложилось так, что в США развивали именно диффузионный способ разделения, а в России - центрифуги. История развития этих технологий невероятно интересна. Круче любого детектива. Но сильно выходит за рамки короткой заметки.

Мы будем рассматривать центрифугирование.

Центрифуга - это такой цилиндр, который под очень низким давлением заполнен газом, в химический состав которого входит элемент, изотопы которого нам надо разделить. Для урана это гексафторид урана, который при нормальных условиях является газом. Этот цилиндр раскручивается вокруг продольной оси до неимоверной скорости в 20000 оборотов в секунду. Газ внутри этого цилиндра тоже раскручивается, и тогда более лёгкие молекулы "всплывают" к середине (к оси врашение) цилиндра, а более тяжёлые "тонут" к стенкам. Примерно так же, как в деревенском сепараторе молоко разделяется на сливки и обрат.

Здесь невероятное множество технических и технологических проблем.

Как раскрутить цилиндр до сумасшедшей скорости, чтобы его не разорвало и чтобы он не вошёл в резонанс и не разнёс нахрен всю установку и не поубивал обслуживающий персонал? Как снимать различные фракции газа находящиеся на разных расстояниях от оси вращения в крутящемся с бешеной скоростью цилиндре и не потерять герметичность? И таких вопросов великое множество.

Однако сначала советские, а потом и российские учёные и инженеры эти вопросы решать научились. И не просто научились, а научились так, что в мире пока эти технологии на нужном уровне никто повторить не смог.

Понятно, что в одном цилиндре обогащение будет в тысячные доли процента. Поэтому в цехах по обогащению урана одновременно крутятся сотни тысяч и миллионы центрифуг, перекачивая обогащённый гексафторид урана из одной центрифуги в другую.

Также понятно, что не смотря на сверхдорогую добычу урана, затраты на разделение изотопов несравнимо больше.

Вот мы и дошли до наших "урановых хвостов".

"Урановыми хвостами" принято называть то, что осталось после обогащения (разделения изотопов). В каждой стране на каждом заводе свой предел обогащения. Напомню, что для изготовления топлива для АЭС надо иметь концентрацию урана-235 не менее 2,5-3%. Но так как топливо должно работать и выгорать довольно продолжительное время после загрузки в реактор (обычно это порядка года), то концентрацию урана-235 хорошо бы иметь в 3,5%. Соответственно, всё, что ниже 1,7-2% считается отходами производства - теми самыми урановыми хвостами.

Для немцев это "отходы", так как сильнее обогатить его они уже не могут, а для нас это сверхценное сырьё. При чём это не руда, не химический полуфабрикат, а уже химически очищенный и готовый к дальнейшему обогащению гесафторид урана. А если ещё вспомнить, что после распада СССР большая часть наших запасов урановой руды осталась в Казахстане и на Украине...

С точки зрения радиоактивной опасности, эти хвосты не более опасны, чем тот уран, который добывается на шахтах, очищается на обогатительных комбинатах и поступает на центрифугирование. Он же в ядерном реакторе не был. Как я говорил выше, с куском урана можно спать без риска заработать лучёвку.

С точки зрения химической безопасности... Так по нашим (и по всему миру) железным дорогам ездят грузы в сотни раз более опасные, чем гексафторид урана. За перемещением урана, как минимум, МАГАТЭ следит и Росатом.

Эти "хвосты" пойдут на дальнейшее обогащение, из него извлекут ещё значительную часть урана-235, из которого сделают ТВЭЛы, которые соберут в ТВСы и поставят на наши, европейские, американские АЭС.

Мне могут возразить, что из хвостов можно извлечь не более 1% полезного урана-235, а 99% бесполезного урана-238 будет просто отходами. Да, будут.

И ведь обидно. Столько усилий потрачено на добычу урановой руды, обогащение её, выделение из неё окиси урана, получение практически чистого урана стоимостью как слиток золота, а куда его девать - непонятно.

С точки зрения прочности металлический уран уступает стали. У урана одно достоинство - плотность 19 г/см3. Американцы из него делают сердечники для бронебойных снарядов, это дешевле, чем из карбида вольфрама. Ещё Боинг в своих самолётах использовал грузы для балансировки веса самолёта из обеднённого урана... Короче, его используют как балласт.

В общем, человечество пока не особо придумало, куда девать десятки тысяч тонн накопленного обеднённого урана. Ну и пусть себе лежит. Он же компактный. Пить-есть не просит. Когда-нибудь начнут массово работать реакторы на быстрых нейтронах, вот тогда и уран-238 пригодится. А если не пригодится, то его можно смело вернуть туда, откуда взяли - в землю. Или в океан.

 

 

С уважением,
ваш Marksman